蓄电池储能系统是目前应用最为广泛的储能方式。根据所使用的化学物质,蓄电池可以分为铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、镍镉电池等。性价比很高的铅酸蓄电池被认为最适合应用于微电网(也称微网)中,不过存在初次投资高、寿命短、对环境有污染等问题。新型高能量二次电池——锂离子电池,以其工作电压高、体积小、储能密度高(可储能300~400kW·h/m3)、污染少、循环寿命长(若每次放电不超过储能的80%,可反复充电3000次)等特点而逐渐受到人们的重视。此外,锂离子电池的充放电转化率理论上高达90%以上。这些优势使得锂电池在微网储能中将发挥越来越重要的作用。锂离子电池于1992年由日本索尼公司率先推出,很快受到人们的重视和欢迎。
目前,蓄电池作为储能装置在微网中应用比较广泛。虽然也有许多不足,但就目前的技术经济发展状况而言,蓄电池由于价格低廉和技术比较成熟等优势,因此仍会在一段时间内得到广泛应用。
(2)超级电容器储能
超级电容器也叫电化学电容器,是20世纪60年代发展起来的新型储能元件,根据电化学双电层理论研制而成。超级电容器在充电时形成理想极化状态的电极表面,电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使其依附于电极表面,形成双电荷层,构成双电层电容。由于电荷层间距非常小(一般小于0.5mm),且采用特殊电极结构,电极表面积成万倍增加,所以具有极大的电容量。
超级电容器储能装置的典型结构如图1.9所示,由多组超级电容串并联构成,通过电力变换实现连接于电网或者馈线上。
图1.9 超级电容器储能系统结构示意图
超级电容器是性能介于传统蓄电池和传统静电电容器之间的储能元件,随着新型电极材料和电介质的开发,超级电容器的能量密度和功率密度不断增加,超级电容器储能技术用于电力系统成为可能。超级电容器兼具传统蓄电池能量密度大和普通电容器功率密度大的优点,充放电速度快、效率高、循环寿命长、高低温性能好。此外,制作超级电容器所采用的材料几乎没有毒性,环境友好,而且在使用超级电容器过程中无须维护。(www.daowen.com)
(3)氢的存储
氢能是一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源,是可再生能源中最有发展前景的能源形式。然而,储氢成为实现大规模利用氢能的道路上必须解决的关键技术问题之一。储氢技术一般基于化学反应,如通过氢化物的生成与分解储氢,或者基于物理吸附,目前大量的储氢研究是基于物理吸附的储氢方法。
1)加压压缩储氢技术。加压压缩储氢是最常见的一种储氢技术,通常采用体积大、质量大的钢瓶作为容器,由于氢密度小,故其储氢效率很低,加压到15MPa时,质量储氢密度≤3%。对于移动用途而言,加大氢压来提高携氢量将有可能导致氢分子从容器壁逸出或产生氢脆现象。为解决上述问题,加压压缩储氢技术近年来的研究进展主要体现在改进容器材料和研究吸氢物质这两个方面。首先是对容器材料的改进,目标是使容器耐压更高,自身质量更小,以及减少氢分子透过容器壁,避免产生氢脆现象等。其次,则是在容器中加入某些吸氢物质,大幅度地提高压缩储氢的储氢密度,甚至使其达到“准液化”的程度,当压力降低时,氢可以自动地释放出来。这项技术对于实现大规模、低成本、安全储氢具有重要的意义。
2)液化储氢技术。液化储氢技术是将纯氢冷却到20K,使之液化后装到“低温储罐”中存储。为了避免或减少蒸发损失,储罐做成真空绝热的双层壁不锈钢容器,两层壁之间除保持真空外,还放置薄铝箔以防止辐射。该技术具有储氢密度高的优点,对于移动用途的燃料电池而言,具有十分诱人的应用前景。然而,由于氢的液化十分困难,导致液化成本较高;其次是对容器绝热要求高,使得液氢低温储罐体积约为液氢的两倍。
3)金属氢化物储氢技术。可逆金属氢化物储氢的最大优势在于高体积储氢密度和高安全性,这是由于氢在金属氢化物中以原子形态存储的缘故。但该技术还存在两个突出问题:①由于金属氢化物自身质量大而导致其质量储氢密度偏低;②金属氢化物储氢成本偏高。目前金属氢化物储氢主要用于小型储氢场合,如二次电池、小型燃料电池等。
4)有机化合物储氢技术。20世纪70年代,有学者提出了利用可循环液体化学氢载体储氢的构想,研究人员开始尝试这种新型储氢技术,其优点是储氢密度高、安全和储运方便;缺点是储氢及释氢均涉及化学反应,需要具备一定条件并消耗一定能量,因此不像压缩储氢技术那样简便易行。
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